Programmieren in Assembler

Präsentation zum Thema: "Programmieren in Assembler"—  Präsentation transkript:

1 Programmieren in Assembler
Marcel Waldvogel

2 Hierarchie Konzeptionelle Ebene Hochsprachenebene
Implementation Hochsprachenebene Compiler Assemblersprachenebene Assembler Betriebssystemebene Partielle Interpretation Maschinenebene Interpretation Mikroprogrammebene Direkte Ausführung Hardwareebene

3 Assembler vs. Assembler
C vs. C? Pascal vs. Pascal? Nein. Konzeptionelle Ideen übertragbar Assemblerprogramm lesen oder schreiben: Handbuch kaufen/herunterladen Prozessor und Hilfschips Einsatz von Assembler Betriebssysteme Leistungssteigerung Compilerbau (inklusive JIT etc.) Analysieren von Programmen ohne Quelltext

4 Beispielprozessor: MIPS
"Typischer" RISC-Vertreter Kleinster gemeinsamer Nenner Keine Details, leichte Vereinfachungen 32 Integerregister (r r31) r0=0 32 Fliesskommaregister Flags Zero Negative Carry oVerflow Stapelspeicher

5 Befehlssatz Standardbefehle (ADD, SUB, ...): Register
ADD r3, r1, r2 # r3 := r1+r2 SUB r3, r1, r2 # r3 := r1–r2 Standardbefehle: Register-Immediate ADDI r3, r1, #5 # r3 := r1+5 Wertebereich: 16 Bit Lade-/Speicherbefehle LD r3, (r1) # r3 := Mem[r1] ST r3, 8(r1) # Mem[r1+8] := r3 Laden von Konstanten LDA 5000(r2), r3 # r3 := 5000+r2 LDA 5000(r0), r3 # r3 := 5000

6 Test und Sprung Vergleiche Bedingte Sprünge Unbedingte Sprünge
SUB r0, r1, r2 # Vergleiche r1 und r2 ADD r0, r1, r0 # Vergleiche r1 mit 0 Bedingte Sprünge BEQ marke # Springe zu "marke", wenn = BNE, BGT, BLT, BGE, BLE, ... Unbedingte Sprünge J ziel JAL unterprogramm RET # Rückkehr Unterprogramm

7 Beispiel: Bits Zählen Aufgabenstellung Ansatz
Wieviele Bits eines Registers haben Wert 1? Eingabe: r1, Ausgabe: r2 Ansatz Höherer Programmiersprache, keine Tricks Umsetzen nach Assembler Testen Optimieren

8 Von C nach Assembler int bitcount(int bits) { int i; int count = 0;
for (i = 0; i < 32; i++) { if (bits[i] == 1) { count += 1; } return count; int bitcount(int bits) { int i = 0; int count = 0; do { int bit_i = (bits & (1 << i); if (bit_i != 0) { count += 1; } i += 1; } while (i < 32); return count;

9 Von C nach Assembler (2) int bitcount(int bits) { int i = 0;
int count = 0; do { int bit_i = (bits & (1 << i); if (bit_i != 0) { count += 1; } i += 1; } while (i < 32); return count; bitcount: ADD r2, r0, r0 ADD r3, r0, r0 loop: ADD I r4, r0, #1 SHLL r4, r4, r2 AND r4, r4, r1 BEQZ noadd ADDI r2, r0, #1 noadd: SUBI r0, r2, #32 BNEZ loop RET

10 MIPS vs. Intel bitcount: ADD r2, r0, r0 ADD r3, r0, r0 loop:
ADD I r4, r0, #1 SHLL r4, r4, r2 AND r4, r4, r1 BEQZ noadd ADDI r2, r0, #1 noadd: SUBI r0, r2, #32 BNEZ loop RET bitcount: # EAX->EBX XOR EBX, EBX XOR CL, CL loop: MOV EDX, #1 SHL EDX, CL AND EDX, EAX BEQ noadd INC EBX noadd: INC CL CMP CL, #32 BNE loop RET

11 Weitere Beispiele Addition zweier Variablen Vektoraddition 3n+1
Adressen konstant Adressen in Registern Anwendung: Multiplikation Vektoraddition Rückwärts 3n+1 Zählen Unterprogramm

12 Programmiertipps Nachschlagetabellen
Dekrementieren bei Schleifenzählern Spart Test und oft ein Register Bitfieseleien oft schneller als Sprünge Sprünge teuer (oft Instruktionen) Conditional Moves (alle modernen CPUs) bzw. Conditional Opcodes (ARM) Bits zählen: ADD with Carry Wert mit sich selbst überschreiben (fast) gratis Befehl ausführen und Nebeneffekt kompensieren: 3n+1 = 6(n >> 1)+4, wenn n ungerade Datenstrukturen linearisieren: Matrixaddition Werte frühzeitig bestimmen Instruktionsumordnung des Prozessors

13 Architekturtipps Registerfenster (SPARC)
Je 8 Register Input, Local, Output und Global Mehrere Bedingungsvariablen (ARM) Flags in jedem Register möglich (Alpha) Verzögerungen Branch Delay Slot (SPARC) Load/Store Delay (MIPS)

14 Besonderheiten Usermodus Systemmodus Segmente und -präfixe (x86)
Wiederhol-/Stringbefehle (x86, m68k) Prefetch, Cache Management Systemmodus Unzählige spezifische Kontrollregister (Data) Breakpoint, Zähler Memory Management/Virtual Memory Zugriff auf physikalische Adressen Adressen aus Sicht anderer Prozessoren/Karten

15 Abkürzungen B, BR = Branch; J, JMP = Jump B = Byte, danach z.B.
Short und Long; (un)bedingt B = Byte, danach z.B. W = Word (16 Bits), L = Long (32 Bits), Q = Quadword (64 Bits) H = Halfword (16), W = Word (32), D = Doubleword (64) Segmentadressierung: Near, Far (x86)